著名女科学家陈化兰等人Nature子刊发表最新抗流感病毒研究成果
生物通 · 2016/12/07
中科院上海生科院,巴斯德研究所,中国农业科学院哈尔滨兽医研究所等处的研究人员对全人广谱中和抗体3E1进行了结构和功能研究,揭示了抗流感病毒广谱中和抗体3E1通过识别血球凝集素颈部保守构象表位,这不仅表明3E1具有应用于基于抗体的治疗方法的潜力,而且为基于结构的广谱疫苗开发提供了理论依据。


来自中科院上海生科院,巴斯德研究所,中国农业科学院哈尔滨兽医研究所等处的研究人员对全人广谱中和抗体3E1进行了结构和功能研究,揭示了抗流感病毒广谱中和抗体3E1通过识别血球凝集素颈部保守构象表位,这不仅表明3E1具有应用于基于抗体的治疗方法的潜力,而且为基于结构的广谱疫苗开发提供了理论依据。

这一研究成果公布在12月2日的Nature Communications杂志上,文章的通讯作者分别为上海生科院丁建平研究员,巴斯德研究所孙兵研究员,和中国农业科学院陈化兰研究员。陈化兰研究员在抗禽流感病毒研究方面取得了许多重要的成果,为研发和使用有效疫苗提供了帮助,由此被选为了2016年“世界杰出女科学家奖”,也是第五位获得“世界杰出女科学家奖”的中国人。

季节性流感每年导致25-50万人死亡,数百万人因病不能正常工作。近年来各地不断爆发禽流感疫情,严重威胁人们的身体健康及生产安全。目前疫苗和抗病毒药物是预防和治疗流感的主要方法,但新型病毒株和抗药性病毒株的不断出现令新药物、广谱疫苗和广谱抗体的开发迫在眉睫。

血球凝集素(hemagglutinin,HA)是一种流感病毒包膜蛋白,主导了病毒对细胞表面受体的识别吸附、以及通过膜融合进入细胞的入侵过程,是抗体识别的主要靶标之一。但是血球凝集素头部一级序列的不保守造成大多数以头部为靶标的中和抗体不具有广谱性;而血球凝集素颈部的高保守性使得以颈部为靶标的中和抗体具有更高的广谱性。近年来发现的多种以血球凝集素颈部为靶标的广谱中和抗体为广谱疫苗设计、广谱中和抗体治疗应用提供了新的思路。

在这篇文章中,研究人员对全人广谱中和抗体3E1进行了结构和功能研究,揭示了抗流感病毒广谱中和抗体3E1通过识别血球凝集素颈部保守构象表位,抑制低pH诱导的血球凝集素构象变化,进而抑制血球凝集素主导的膜融合过程,最终达到中和H1和H5亚型甲型流感病毒的目的。

研究人员通过亲和力实验表明3E1对H1和H5亚型血球凝集素具有较高亲和力,微中和实验进一步验证了3E1具有对H1和H5亚型流感病毒的广谱中和能力。

之后他们进行了小鼠模型的预防和治疗实验,也表明3E1能够在体内发挥中和H1N1和H5N6亚型流感病毒的效果。3E1的Fab与血球凝集素复合物的晶体结构表明,3E1通过重链和轻链的互补决定区识别血球凝集素颈部的构象表位,包括融合亚结构域、融合肽和外缘β折叠。

基于抗原表位和识别角度的分析,可以将已发现的广谱性抗体分为两类,类型一特异性识别融合亚结构域,类型二特异性识别融合肽和外缘β折叠,两类抗体识别抗原的角度相差约65度。3E1的识别角度位于类型一和类型二抗体之间,并且抗原表位也是两类抗体识别表位的组合,表明3E1识别了一种独特的表位。

通过对H1和H5亚型血球凝集素序列比对结果,研究人员发现3E1识别表位氨基酸在H1和H5亚型中严格保守,揭示了3E1广谱中和能力的基础;突变体实验也阐明了3E1对其他亚型有限中和能力的原因,并为3E1的改造奠定了良好的基础。进一步体外和体内功能分析表明,3E1通过抑制血球凝集素构象变化来抑制膜融合过程,达到中和流感病毒的效果。

这一研究不仅表明3E1具有应用于基于抗体的治疗方法的潜力,而且为基于结构的广谱疫苗开发提供了理论依据。

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  • Human antibody 3E1 targets the HA stem region of H1N1 and H5N6 influenza A viruses

    As influenza A viruses remain a major threat to human health worldwide, the discovery of broadly neutralizing monoclonal antibodies that recognize conserved epitopes would facilitate the development of antibody-based therapeutic strategies. Here we report that a VH4-4-encoded human mAb named 3E1 could neutralize H1 and H5 subtype viruses in vitro and protect mice against the H1N1 and H5N6 viruses by inhibiting the low pH-induced conformational rearrangement of haemagglutinin (HA), hence blocking membrane fusion. The crystal structures of 3E1 Fab in complex with HA of two H1N1 strains reveal that 3E1, with both heavy and light chains, binds to a conserved epitope of the HA stem region, comprising parts of the fusion peptide, the F subdomain and the outermost β-strand preceding helix A. Altogether, these data suggest the potential of 3E1 as a therapeutic drug against H1 and H5 subtype viruses.

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